液压设计策画论文

目录1 机床液压系统的设计任务分析与方案分析 (3)1.1设计任务分析 (3)1.2方案分析 (3)2 分析系统工况，确定系统参数 (4)2.1确定执行元件 (4)2.2分析系统工况 (4)3 液压系统图的拟定 (8)3.1液压回路的选择 (8)3.2液压回路的综合 (8)4 液压元件的选择 (10)4.1液压泵及驱动电机规格选择 (10)4.2阀类元件及辅助元件选择 (10)4.3油管的选择 (11)4.4油箱的选择和计算 (12)5 油压系统性能验算 (14)5.1验算系统压力损失并确定压力阀的调整值 (14)5.2油液油温验算 (15)参考文献 (17)致谢 (18)1 机床液压系统的设计任务分析与方案分析1.1设计任务分析设计一卧式单面多轴钻孔组合机床液压系统，要求液压系统的工作循环是：快进→工进→快退→停止。

机床主轴上有36个孔，加工φ13.7mm的孔12个，φ6.5的孔24个；刀具材料硬度为230HBW；工作部件重量1000N快进、快退速度为v v==7m/min,最大行程1l=360mm,工进行程2l=130mm,往复运动的加减速时13间要求不大于0.2s，动力滑台采用平面导轨，其静、动摩擦系数分别为0.2、0.1。

1.2方案分析方案一:系统采用开式容积调速回路，液压泵从油箱直接吸油，执行元件的回油直接回油箱，油液在油箱中能够得到充分的冷却，虽油箱体积较大，空气和脏物易进入油箱，但此回路效率比较高，发热少。

同时系统采用无级调压，结构简单，压力切换平稳,而且便于实现机床远距离控制。

由于液压缸要求油源交替地提供低压大流量和高压小流量的油液，故系统可采用大小液压泵双泵供油的油源方案。

在卸荷回路中，回路可设置成M 型中位机能的电液换向阀卸荷，以系统保持在0.3MPa 左右的压力，供控制油路之用。

因系统要求快进，快退两种运动的换接，故可采用蓄能器快速运动回路，以满足要求。

不过系统在整个工作循环内必须有足够长的停歇时间，以使液压泵能对蓄能器充分进行充油。

方案二: 要求系统快进，快退速度相等，速度平稳性要求较高，且速度低， 故采用进口节流调速方案。

系统采用大小流量泵双泵供油回路，功率损耗 小，系统效率高，应用比较广泛。

同时采用外控顺序阀与单向阀组成卸荷 阀，在双泵供油系统中构成卸荷回路，可以减少在专门设置元件或油路， 使系统简单化，而且实用可靠。

不管采用什么油源形式供油，都必须有单 独的油路直接通向液压缸两腔，以实现快速运动，因此采用单杆液压缸作 差动连接构成快进快退换向回路。

在机床滑台由工进转为快退时，回路中 通过的流量可能很大，为了保证换向平稳可见，可采用电液换向阀式换接 回路。

系统调压问题可在油源中解决，因此可不在专门考虑回路调压问题。

从设计要求、实际问题、成本问题以及油路的复杂程度等方面考虑，对比两种方案可知，方案二最优，因此本设计采用方案二。

2 分析系统工况，确定主要参数2.1确定执行元件由于机床要求液压系统完成的是直线运动，最大行程为：360mm,其属于短行 程，故选用执行元件为：液压缸。

(其具体的参数在后面经计算后再确定)2.2分析系统工况高速钢钻头钻铸铁孔时的轴向切削力t F （单位为N ）与钻头直径D （单位 为mm ）、每转进给量s （单位为mm/r ）和铸铁硬度HBW 之间的经算式为0.80.625.5()tF Ds HBW = （1-1）钻孔时的主轴转速n 和每转进给量按《液压传动》第二版第十一章液压系统的设计和计算第三节液压系统设计计算举例中的值（源参考《组合机床设计手册》）选取：对φ13.7的孔，1n =367r/min 1s =0.135mm/r对φ6.5的孔，2n =620r/min 2s =0.080mm/r 代入式1-1求得： =35845N惯性负载 m=G g =100009.81kg=1020kg m v F mt ∆=∆=1020⨯7600.2⨯=595N 阻力负载 静摩擦阻力fs F =0.2⨯9810N=1962N 动摩擦阻力fd F =0.1⨯9810N=981N 由此得出液压缸在各工作阶段的负载如下表2.1所示：表2.1液压缸在各工作阶段的负载值（单位：N ）注:1.液压缸的机械效率通常取0.9—0.95,此处取0.9。

参考《中国机械设计大典》第42篇液压传动与控制中第四章液压缸。

2.不考虑动力滑台上颠覆力矩的作用。

2.2.2 负载图和速度图的绘制负载图按上面表中数值绘制,如图2-1。

速度图按已知数值1v =3v =7m/min, 快进行程1l =360mm 、工进行程2l =130mm ，快退行程3l =1l +2l =490mm 和工进速度2v 等的绘制，如图2-2，其中2v 由主轴转速及每转进给量求出，即2v =1n 1s =2n 2s ≈49.5mm/min图2-1负载图 图2-2速度图2.2.3 液压缸主要参数的确定a.初选系统工作压力 由《液压传动》教材中表11-2可知，卧式单 面多轴钻孔组合机床液压系统的最大负载为40918N 时，可以取4—5MPa ，参考《中国机械设计大典》中表42.4—5中推荐液压系统的公称压力n p ，取n p =4.5MPa 。

b.确定液压缸型式、规格及尺寸 由于工作进给速度与快速运动速差较大，且快进、快退速度要求相等，从降低总流量需求考虑，确定采用最适的差动液压缸。

由教材第五章知，这种情况下液压缸无杆腔工作面积1A 应为有杆腔面积2A 的两倍，即活塞杆直径d 与缸筒直径D呈D =的关系。

钻孔加工时，液压缸回路上必须具有背压2P ，以防孔被钻通时t F 突然消失而造成滑台突然前冲。

根据《现代机械设备设计手册》中推荐数值，可取回油腔背压2P =0.8MPa 。

快进时液压缸虽作差动连接，但由于油管中有压降p ∆存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取0.5p ∆≈MPa 。

快退时回油腔中是有背压的，这时2p 可按0.6MPa 估算。

可以算出工作腔需要的工作面积1A ,由工进时的推力式（5—3）得：故有 2221140918()()0.010.82(4.5)2m P FA P m m η=-==-112.9D mm ；0.70779.8d D mm ==根据《中国机械设计大典》表42.4—2（液压缸缸筒内径尺寸系列）和表42.4—3（液压缸活塞杆外径尺寸系列）将这些直径圆整成就近标准值时得：D=110mm,d=80mm 。

由此求得液压缸两腔的实际有效面积为： 经检验，活塞杆的强度和稳定性均符合要求。

根据上述D 与d 的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率 ， 如表2.2所示，并绘制工况图如图2-3所示3 液压系统图的拟定3.1液压回路的选择由图2-3知，这台液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，可采用进口节流的调速形式。

为了解决进口节流调速回路在孔钻通时的滑台突然前冲现象，回油路上要设置背压阀。

由于液压系统选用了节流调速的方式，系统中油液的循环必然是开式的。

从工况图中可以清楚地看到，在这个液压系统的工作循环内，液压缸要求油源交替地提供低压大流量和高压小流量的油液。

最大流量和最小流量之比约为74。

而快进和快退所需的时间1t 和工进所需的时间2t 分别为亦是21/t t ≈22。

因此从提高系统效率、节省能量的角度上来看，采用单个定量泵作为油源显然是不合适的，而宜选用大小两个液压泵自动并联供油的油源方案。

系统中采用节流调速回路后，不管采用什么油源形式都必须有单独的油路 直接通向液压缸两腔，以实现快速运动。

在本系统中，单杆液压缸要作差动连接，所以它的快进快退换向回路采用三位五通的换向阀与油缸连通。

由工况图q —l 曲线知，当滑台从快进转为工进时，输入液压缸的流量由 35.2L/min 降为0.474L/min,滑台的速度变化较大，宜采用行程阀来控制速度的换接，以减少液压冲击。

当滑台从工进转为快退时，回路通过的流量很大，回油路中通过31.34⨯ (95.03/44.77)L/min=66.5L/min 。

为了换向平稳起见，可采用电液换向阀式换接回路。

由于这一回路要实现液压缸的差动连接，换向阀必须是五通的。

在双泵供油系统中，用顺序阀和单向阀构成卸荷回路，用溢流构成调压回 路，除此之外，无需再设置专用的元件或油路来进行调压。

3.2液压回路的综合把上面的各种回路组合画在一起，并考虑以下问题，和优化系统后，得到 图3-1的液压系统原理图。

考虑问题如下：1)为了解决滑台工进时进油路、出油路相互接通，系统无法建立压力的问 题，必须在换向回路中串接一个单向阀，将工进时的进油路、回油路隔断。

2)为了解决滑台快进时回油路接通油箱，无法实现液压缸差动连接的问题， 必须在回油路上串接一个液控顺序阀，以阻止油液在快进阶段返回油箱。

3)为了解决机床停止工作时系统中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动平衡性问题，必须在电液换向阀的出口外增设一个单向阀。

4)为了便于系统自动发出快退信号起见，在调速阀输出端须增设一个压力继 电器。

图3-1液压系统原理图4 液压元件的选择4.1液压泵及驱动电机规格选择设小流量泵进油路上的压力损失为0.8MPa ，压力继电器压力高出系统最大 工作压力的值为0.5MPa ，故有1p P =4.68+0.8+0.5=5.98MPa 设大流量泵进油管路压降为0.5MPa,故有2p P =1.517+0.5=2.017 MPa设系统内泄为10%，则两个泵的总流量为：p q =⨯/min L工进时输入液压缸的流量为0.474/min L ,但不得不考虑溢流阀的最小稳定溢流 量3/min L ,故小流量泵的供油量最少应为3.474/min L 。

据据以上压力和流量 的数值，查阅《机械设计手册》，最后决定选取PV2R1-6型叶片泵和选取PV2R2-33 型叶片泵，其小泵的排量为6ml/r ，大泵的排量为33.3ml/r ，若取液压泵的容积 效率v η=0.9，则当泵的转速p n =940r/min 时，液压泵的实际输出流量为：[(633.3)9400.9/1000]p q =+⨯⨯l/min=33.2 l/min由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵泵工作压力为2.017 MPa 流量为33.2l/min 。

取泵的总效率p η=0.75，则液压泵驱动电动机所需的功率为：p q p pp pη==2.01733.2600.75⨯⨯KW=1.49KW根据此数值，查《机械设计课程设计》中表9—39，选取Y112M —6型电动 机，其额定功率n p =2.2KW ，额定转速n n =940r/min 。

4.2阀类元件及辅助元件的选择根据阀类及辅助元件所在油路的最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可选出这些元件的型号及规格见表4.1与表中序号与图3-1中情况相同表4.1元件的型号及规格4.3油管的选择各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算。